DE10029004A1

DE10029004A1 - Keramikheizungs-Glühkerze

Info

Publication number: DE10029004A1
Application number: DE2000129004
Authority: DE
Inventors: Arihito Tanaka; Chihiro Sakurai; Jian Zhao; Takashi Aota; Toshitsugu Miura
Original assignee: Bosch Braking Systems Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: JP2000356343A; DE10029004C2; JP3810947B2

Abstract

Das hinterste Ende eines Keramikheizelements, in dem ein Heizelement in isolierende Keramik eingebettet ist, wobei das hinterste Ende näher bei einem Befestigungselement angeordnet ist, ist innerhalb eines Metall-Außenzylinderelements positioniert. Eine elektrische Verbindung wird innerhalb des Keramikheizelements hergestellt durch Verwendung eines Elektrodenausleitungs-Elements und durch Herausführen eines Endes des Elektrodenausleitungs-Elements aus dem hintersten Ende des Keramikheizelements. Der äußere Umfangsabschnitt des hinteren Endes des Metall-Außenzylinderelements, der sich außerhalb des Abschnittes befindet, in dem das Keramikheizelement angeordnet ist, wird unter Druck in ein Befestigungsloch des Befestigungselements eingeführt, wobei die Preßsitzlänge etwa 7,5 bis 30 mm beträgt, wodurch das Metall-Außenzylinderelement an dem Befestigungselement hermetisch befestigt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Keramik heizungs-Glühkerze, die als Motor-Zusatzstarter für einen Dieselmotor ver wendet wird, und sie bezieht sich insbesondere auf eine Keramikheizungs- Glühkerze, die derart verbessert ist, daß sie in der derzeitigen Dieselmotor- Übergangssituation, in der dieser Motor-Typ zunehmend zu einem Direktein spritzungs-Mehrventil-Typ wird, die Abgasvorschriften erfüllen kann; die An ordnung und das Verfahren zum Verbinden eines Keramikheizungselements (Keramikheizung), mit einem Metall-Außenzylinder-Element zum Festhalten der Keramikheizung und ein Befestigungselement sind verbessert, um den Durchmesser der Glühkerze zu verkleinern und den axial vorstehenden Ab schnitt des Keramikheizelements zu verlängern, wodurch der Durchmesser der Glühkerze verkleinert und ihre Länge vergrößert wird.

2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Eine konventionelle Keramikheizungs-Glühkerze, die als Motor-Hilfsstarter für einen Dieselmotor verwendet wird, umfaßt ein Keramikheizelement, ein Befe stigungselement in Form eines zylindrischen Gehäuses, welches das Keramik heizelement an seiner Spitze festhält und auf einem Zylinderkopf des Motors befestigt wird, und ein Metall-Außenzylinder-Element zum Festhalten des Ke ramikheizelements an der Spitze des Befestigungselements. Bei der Glühkerze ist es übliche Praxis, daß das Keramikheizelement durch Silberhartlöten und dgl. mit dem Metall-Außenzylinder-Element verbunden wird und daß das Me tall-Außenzylinder-Element, welches das Keramikheizelement festhält, durch Hartlöten, beispielsweise durch Silberhartlöten und dgl., mit der Spitze des Befestigungs-Elements verbunden wird.

Bei diesem Glühkerzen-Typ bildet die Kerze selbst einen Teil einer Druck trennwand, um den Zylinder des Motors gegenüber der Außenluft zu isolieren. Aus diesem Grund muß die Keramikheizungs-Glühkerze auch die Funktion haben, die Luftdichtheit aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck wird bei dem konventionellen Verfahren Silber durch Hartlöten auf den gesamten Umfang derselben aufgebracht, das den Zwischenraum zwischen dem Keramikheize lement und dem Metall-Außenzylinder-Element 21 mit Silber füllt.

Um den luftdichten Abschluß zwischen der Verbrennungskammer des Motors und der Außenumgebung zu gewährleisten, wird in der konventionellen Kera mikheizungs-Glühkerze das Hartlöten dazu verwendet, das Keramikheizele ment mit dem Metall-Außenzylinder-Element zu verbinden und um das Metall- Außenzylinder-Element mit dem Befestigungselement zu verbinden.

In jüngster Zeit ist als Maßnahme gegen die globale Erwärmung eine Verbes serung des thermischen Wirkungsgrades des Motors zu einem großen techni schen Ziel geworden. Unter diesen Umständen wurde auch auf dem Gebiet der Dieselmotoren der Treibstoffverbrauch durch den Motor durch die Entwick lung von Dieselmotoren vom Direkteinspritz-Typ und Vier-Ventil-Typ schnell gesenkt.

Die praktische Verwendung der Dieselmotoren vom Direkteinspritz- und Vier- Ventil-Typ ist mit großen Einschränkungen in bezug auf die Gestaltung des Raums um einen Zylinderkopf des Motors herum verbunden. Auf diesem technischen Gebiet ist eine Erhöhung der Gestaltungsfreiheit bei der Gestal tung des Zylinderkopfes des Motors und seiner peripheren Abschnitte erforder lich durch Verringerung des Durchmessers der Glühkerze und durch Vergröße rung ihrer Länge, wodurch die Glühkerze im Durchmesser verkleinert und ihre Länge vergrößert wird, insbesondere durch Erhöhung der Länge (als Länge des vorstehenden Abschnitts bezeichnet), die reicht von dem Tellerabschnitt (dem hermetischen Versiegelungsabschnitt zwischen der Glühkerze und dem Zylinderkopf des Motors) des Befestigungselements an dem Zylinderkopf des Motors bis zu dem Heizabschnitt der Spitze des Keramikheizelements.

In der Keramikheizungs-Glühkerze, die unter Anwendung der Verbindungs technik auf Hartlötungsbasis hergestellt wird, gibt es zwei Hartlötungsabschnit te an den verbindenden Oberflächen des Keramikheizelements, dem Metall- Außenzylinderelement und dem Befestigungselement. Es ist daher schwierig, die erforderliche konzentrische Anordnung des Keramikheizelements in dem Befestigungselement zu gewährleisten. Wenn die konzentrische Anordnung (Konzentrizität) schlecht ist, besteht die Gefahr, daß das Keramikheizelement an der inneren Oberfläche des Glühkerzen-Einführungsloches des Zylinder kopfes anstößt, wenn die Glühkerze, in der der vorstehende Abschnitt des Ke ramikheizelements verlängert ist, auf dem Zylinderkopf des Motors befestigt wird.

Bei der konventionellen Keramikheizungs-Glühkerze wird das Keramikheize lement durch das Metall-Außenzylinderelement geführt und von letzterem fest gehalten. Bei dieser Struktur ist dann, wenn die konzentrische Anordnung der Elemente verloren geht, d. h. wenn eine Verschiebung des Zentrums eines Elements gegen dasjenige des anderen Elements auftritt, eine Korrektur zur Entfernung der Verschiebung unmöglich. Aus diesem Grund kann bei der kon ventionellen Keramikheizungs-Glühkerze der vorstehende Abschnitt des Ke ramikheizelements nicht verlängert werden und in dieser Hinsicht bestehen große Einschränkungen in bezug auf die Gestaltung und die Struktur der Glüh kerze.

Eine Verlängerung des vorstehenden Abschnitts des Heizteils kann erzielt werden durch Erhöhung der Länge des Keramikheizelements. Dadurch werden jedoch die Herstellungskosten erhöht. Bei dem konventionellen Keramikheize lement ist der Elektrodenausleitungs-Abschnitt an seinem hinteren Ende groß dimensioniert. Es ist daher nahezu unmöglich, das Keramikheizelement ledig lich durch die Spitze des Metall-Außenzylinderelements, das so gestaltet ist, daß es einen verkleinerten Durchmesser hat, festzuhalten.

Um diese Einschränkungen zu verringern, wurde bereits eine Verbin dungsstruktur vorgeschlagen, bei der das Metall-Außenzylinderelement und das Befestigungselement durch Preßpassung (Preßsitz) miteinander verbun den werden (JP-A-63-25416). Bei diesem Vorschlag ist jedoch eine Maßnah me erforderlich, um zu verhindern, daß das Keramikheizelement zerbricht, wenn das Metall-Außenzylinderelement in das Befestigungselement unter Druck eingesetzt wird. Außerdem muß eine Inspektion durchgeführt werden, um zu prüfen, ob das Keramikheizelement nach dem Einsetzen unter Druck zerbrochen ist. Durch die Inspektion werden die Herstellungskosten erhöht. Aus diesem Grund wurde dieser Vorschlag bisher in der Praxis nicht ange wendet.

Bei der Herstellung einer konventionellen Glühkerze wird das Hartlöten durch Hochfrequenzerhitzen (Hochfrequenzhartlöten) allgemein zum Verlöten des Metall-Außenzylinderelements und des Befestigungselements verwendet. Beim Hochfrequenzhartlöten tritt jedoch unvermeidlich ein lokaler Wärmeeffekt auf das Keramikheizelement auf, das innerhalb des Metall-Außenzylinder elements festgehalten wird. Unter bestimmten Bedingungen zerbricht dabei das Keramikheizelement. Noch schlimmer ist, daß es sehr schwierig ist, einen solchen Bruch des Keramikheizelements durch nicht-zerstörende Inspektion festzustellen. Die Folge davon ist, daß die Inspektionskosten, die Schwierigkeit der Herstellung und die Herstellungskosten steigen.

Bei dem Versuch, den Durchmesser der Glühkerze zu verkleinern durch Än dern der Größe des Gewindedurchmessers des Befestigungselements zum Befestigen der Glühkerze auf dem Motor-Zylinderkopf von der Größe M10, wie sie üblicherweise verwendet wird, in die Größe M8 tritt das folgende Problem auf. Wenn die Größe des Gewindedurchmessers des Befestigungselements herabgesetzt wird, wird die Querschnittsfläche des Befestigungselements klei ner. Deshalb steigt die Druckspannung, die auf den Schaftabschnitt des Be festigungselements einwirkt, durch das Befestigungsdrehmoment beim Ein schrauben der Glühkerze in den Motor stark an. Um dies zu vermeiden, muß der Schaftabschnitt des Befestigungselements einer Wärmebehandlung unter zogen werden, um eine Verformung des Schaftabschnittes zu verhindern.

Für eine Glühkerze vom Metallhüllen-Typ ist in JP-A-10-220759 ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Wärmebehandlung angewendet wird. Dieses Wär mebehandlungs-Verfahren umfaßt eine Zementierungsabschreckung, eine Weichnitrierung, eine Hochfrequenzabschreckung und dgl. Es ist vorstellbar, die Hochfrequenzabschreckung auf den gesamten Schaftabschnitt anzuwen den, um die Verfahrenskosten zu verringern und eine Verformung zu verhin dern.

Es ist in der Praxis so, daß nur das Befestigungselement der Hochfrequenzab schreckung unterworfen wird, bevor es eingebaut wird, da die Verfahrenstem peratur etwa 900°C beträgt, und wenn dies geschieht, ist der Abschreckungs vorgang leicht. Wenn das auf diese Weise durch die Hochfrequenzabschrec kung oder irgendeine andere Wärmebehandlung gehärtete Befestigungsele ment in dem Hochfrequenz-Hartlötverfahren erhitzt wird, erfährt sein gesamter Abschnitt, der der Wärmebehandlung unterzogen wird, durch die Wärme zu diesem Zeitpunkt natürlich eine beträchtliche Enthärtung. In diesem Sinn ist die Wärmebehandlung kaum kompatibel mit der Hochfrequenz-Hartlötung.

Als Verfahren zum Verbinden des Keramikheizelements mit dem Metall- Außenzylinderelement, das so gestaltet ist, daß es der Forderung nach Herab setzung des Durchmessers und Erhöhung der Länge genügt, ist in JP-A-61- 8526 eine neuartige Struktur beschrieben. In der Publikation wird die Verwen dung einer Kombination von Kupfer-Hartlötung und Silber-Hartlötung zum Verbinden beschrieben, wobei das Kupfer-Hartlöten auf die Spitze des Metall- Außenzylinderelements, in dem die Wärmebeständigkeit problematisch ist, angewendet wird und das Silber-Hartlöten auf das Befestigungselement ange wendet wird, bei dem keine Temperatur-Erhöhung auftritt, weil es hermetisch abgeschlossen sein muß. Dieses Verfahren wird jedoch aus den folgenden Gründen bisher noch nicht in der Praxis angewendet. Das Kupfer-Hartlöten ergibt eine schlechte hermetische Abdichtung, die Schmelzpunkte dieser Hartlöt-Verfahren sind sehr unterschiedlich, und beim Silber-Hartlöten, das auf der Seite mit dem niedrigen Schmelzpunkt angewendet wird, wird eine große Menge Silber verdampft, und die Herstellungskosten sind hoch.

Aus den oben angegebenen Gründen ist die konventionelle Keramikheizungs- Glühkerze sehr ungeeignet für die Durchführung eines Verfahrens, bei dem der Durchmesser verkleinert und die Länge vergrößert wird, so daß der Ge winde-Durchmesser der Befestigungs-Einrichtung in M8 geändert wird. Es be steht daher das Dilemma, daß ausgezeichnete Eigenschaften, die sich aus der Verwendung des Keramikheizelements ergeben, für die derzeitigen Motoren nicht vollständig ausgenutzt werden können.

Es besteht daher ein starkes Bedürfnis, irgendeine technische Maßnahme zu ergreifen, um die Verbindungsstruktur des Befestigungselements, des Metall- Außenzylinderelements und des Keramikheizelements zu vereinfachen, jedoch unter Verbesserung der hermetischen Abdichtung der Verbindungsstruktur.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Keramikheizungs- Glühkerze zur Verfügung zu stellen, die der Forderung nach Herabsetzung des Durchmessers zur Verkleinerung des Durchmessers des Gewindes des Befe stigungselements genügt und die der Forderung nach Vergrößerung der Länge zur Erhöhung der Länge des aus dem Befestigungselement herausragenden Abschnitts des Keramikheizelements genügt, wenn das Keramikheizelement an der Spitze des Befestigungselements festgehalten wird, während das Me tall-Außenzylinderelement dazwischen angeordnet ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Keramikheizungs-Glühkerze zur Verfügung zu stellen, in der dann, wenn das Keramikheizelement an der Spitze des Befestigungselements festgehalten wird, während das Metall- Außenzylinderelement dazwischen angeordnet ist, die hermetische Abdichtung (Hermetizität) an diesen Verbindungs-Abschnitten mit geringen Kosten gewähr leistet werden kann, die konzentrische Anordnung (Konzentrizität) dieser Ele mente gewährleistet ist und der Zusammenbau derselben leicht ist und die Herstellungskosten vermindert sind, verglichen mit der konventionellen Hartlö tung, bei der viel Arbeit verbraucht wird und hohe Kosten erforderlich sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Keramikheizungs-Glühkerze zur Verfügung zu stellen, bei der dann, wenn das Keramikheizelement an der Spitze des Befestigungselements festgehalten wird, während das Metall- Außenzylinderelement dazwischen angeordnet ist, der Keramikabschnitt des Keramikheizelements nicht zerbricht und eine gute Produkt-Qualität gewähr leistet ist.

Die obengenannten Ziele werden erreicht mit einer ersten Keramikheizungs- Glühkerze, die aufweist ein Keramikheizelement, bei dem das Heizelement, das aus einem anorganischen elektrisch leitenden Material oder aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt hergestellt ist, in Keramik eingebettet ist, ein Metall-Außenzylinderelement zum Festhalten des genannten Keramikheizele ments und ein Befestigungselement zum Festhalten des genannten Metall- Außenzylinderelements, wobei die Glühkerze verbessert ist insofern, als das hinterste Ende des genannten Keramikheizelements, das näher bei dem genannten Befestigungselement angeordnet ist, innerhalb des genannten Metall-Außenzylinderelements positioniert ist.

Bei der ersten Glühkerze wird der äußere Umfangsabschnitt des hinteren En des des Metall-Außenzylinderelements, das sich außerhalb des Abschnitts be findet, in dem das Keramikheizelement angeordnet ist, in ein Befestigungsloch des Befestigungselements hineingepreßt, um dadurch beide miteinander zu verbinden. Das heißt mit anderen Worten, bei dem Verfahren zum Hineinpres sen des Metall-Außenzylinderelements in das Befestigungselement wird keine übermäßige Spannung in dem Keramikheizelement zum Zeitpunkt des Verbin dens des Metall-Außenzylinderelements mit dem Befestigungselement er zeugt.

Außerdem kann der aus dem Befestigungselement herausragende Abschnitt des Keramikheizelements in der Weise vergrößert werden, daß die Länge des Metall-Außenzylinderelements geändert wird, die Länge des Keramikheizele ments wird jedoch nicht verändert.

Wenn das Metall-Außenzylinderelement mit dem Befestigungselement ver bunden (vereinigt) wird, dient das hintere Ende des Metall-Außenzylinder elements als Führung für den Preßpassungs-Vorgang und diesbezüglich ist es leicht, eine Preßpassungs-Einführung zu kontrollieren. Außerdem ist es zum Zeitpunkt des Preßpassungs-Arbeitsganges leicht, die Konzentrizität (konzentrische Anordnung) der Elemente zu gewährleisten und die Konzentrizi täts-Genauigkeit der Elemente nach dem Einsetzen unter Druck (Preßpassung) wird verbessert.

Eine zweite Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich von der ersten Glühkerze ab und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektroden-Ableitungs-Element vorgesehen ist, das elektrisch verbunden wird mit einem Ende des genannten Keramikheizelements, ein Ende des genannten Elektrodenableitungs- Elements mit dem genannten einen Ende des genannten Keramikheizele ments verbunden wird und das andere Ende des genannten Elektrodenablei tungs-Elements aus der hinteren Stirnfläche des Keramikheizelements heraus ragt.

Bei dieser Glühkerze kann der Durchmesser des Elektrodenableitungs- Elements, das an der hinteren Stirnfläche des Keramikheizelements angeord net ist, so gewählt werden, daß er nicht größer ist als der Durchmesser des Keramikheizelements. Deshalb kann das Keramikheizelement an der Spitze des Metall-Außenzylinderelements angeordnet sein und nur von dieser festge halten werden.

Eine dritte Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich ab von der ersten oder zweiten Glühkerze und ist dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Umfangs abschnitt des hinteren Endes des genannten Metall-Außenzylinderelements, das sich außerhalb seines Abschnitts befindet, in dem das genannte Keramik heizelement angeordnet ist, unter Druck in ein Befestigungsloch des genann ten Befestigungselements hineingepreßt wird.

Bei dieser Glühkerze kann der äußere Umfangsabschnitt des hinteren Endes des Metall-Außenzylinderelements, das sich außerhalb seines Abschnitts be findet, in dem das Keramikheizelement angeordnet ist, in dem Befestigungse lement sicher fixiert werden durch Preßpassung (Preßsitz), wodurch die her metische Abdichtung in diesem eingepreßten Abschnitt gewährleistet ist. Da das Metall-Außenzylinderelement durch Preßsitz in dem Befestigungselement festgehalten wird, ist die Konzentrizität dieser Elemente gewährleistet.

Eine vierte Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich ab von der dritten Glühkerze und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Führung für die Preßpassung der genannten Elemente in dem äußeren Umfangsabschnitt des hinteren Endes des genannten Metall-Außenzylinderelements oder des genannten Einfüh rungsloches des genannten Befestigungselements vorgesehen ist.

Bei dieser Glühkerze ermöglicht die Führung für die Preßpassung, die auf dem Metall-Außenzylinderelement oder dem Befestigungselement vorgesehen ist, einen leichten und glatten Preßpassungs-Arbeitsgang und damit ist die Kon zentrizität der Elemente gewährleistet.

Eine fünfte Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich ab von der dritten oder vierten Glühkerze und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Preßsitzlänge des genannten Metall-Außenzylinderelements in dem genannten Befestigungsele ment mindestens zwei- bis zehnmal so lang ist wie der Durchmesser des ge nannten Keramikheizelements.

Bei dieser Glühkerze ist die Festigkeit der Verbindung durch den Preßsitz, bei spielsweise eine Herausziehkraft, gewährleistet durch Hineindrücken des Me tall-Außenzylinderelements in die Befestigungs-Einrichtung über eine vorgege bene Preßsitzlänge.

Eine sechste Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich von der ersten oder zwei ten Glühkerze ab und ist dadurch gekennzeichnet, daß die hermetische Ab dichtung zwischen der äußeren Oberfläche des genannten Keramikheizele ments und der inneren Oberfläche des genannten Metall-Außenzylinderele ments gewährleistet ist durch eine Verformung des genannten Metall-Außen zylinderelements, die hervorgerufen wird, wenn das genannte Metall-Außen zylinderelement unter Druck in das genannte Befestigungselement hineinge preßt wird (Preßpassung).

Bei dieser Glühkerze wird in der Verbindungsstruktur zwischen dem Keramik heizelement und dem Metall-Außenzylinderelement die Funktion der hermeti schen Abdichtung der Struktur erzielt durch die Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem Metall-Außenzylinderelement durch Preßpas sung (Einschieben unter Druck).

Daher ist die Funktion zur Aufrechterhaltung der hermetischen Abdichtung für den Verbindungsabschnitt zwischen dem Keramikheizelement und dem Metall- Außenzylinderelement durch Anwendung von Verbindungsmaßnahmen, wie z. B. Hartlöten, nicht erforderlich. Daher kann das Kupfer-Hartlöten, das Ti- Hartlöten oder dgl., deren Anwendung bei dem konventionellen Verfahren schwierig ist, zum Verbinden (Vereinigen) derselben angewendet werden. Es können daher verschiedene Verbindungs-Verfahren, die zu einer mechani schen Verbindung unter den Hochtemperatur-Bedingungen führen, angewen det werden. Außerdem kann auch ein Verbindungs-Verfahren, wie z. B. die Schrumpfpassung, angewendet werden.

Eine siebte Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich ab von der sechsten Glüh kerze und ist dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Ende des genannten Keramikheizelements an einer Stelle angeordnet ist, die der Preßsitz-Position des genannten Metall-Außenzylinderelements in dem genannten Befestigungs loch des genannten Befestigungselements entspricht und innerhalb des ge nannten Metall-Außenzylinderelements liegt, und die hermetische Abdichtung in diesem Abschnitt ist dadurch gewährleistet, daß man die innere Oberfläche des genannten Metall-Außenzylinderelements, die in der genannten Preßsitz- Position angeordnet ist, mit der äußeren Oberfläche des genannten Keramik heizelements in Kontakt bringt.

Bei dieser Glühkerze ist die Aufrechterhaltung der hermetischen Abdichtung (Hermetizität) zwischen der inneren Oberfläche des Metall-Außenzylinderele ments und der äußeren Oberfläche des Keramikheizelements garantiert durch die Preßpassung (den Preßsitz) des Metall-Außenzylinderelements in dem Befestigungselement. Auf diese Weise wird die äußere Oberfläche des Metall- Außenzylinderelements in diesem Preßsitz-Abschnitt direkt gegen die äußere Oberfläche des Keramikheizelements gepreßt. Die Aufrechterhaltung der her metischen Abdichtung ist zuverlässiger.

Eine achte Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich ab von der siebten Glühker ze und ist dadurch gekennzeichnet, daß an der Öffnung des genannten Befe stigungsloches des genannten Befestigungselements oder an der äußeren Oberfläche des hintersten Endes des genannten Keramikheizelements eine konisch zulaufende (kegelförmige) Oberfläche vorgesehen ist.

Bei dieser Glühkerze wird die konisch zulaufende (kegelförmige) Oberfläche gebildet an der Öffnung des Befestigungsloches des Befestigungselements oder am Ende des Keramikheizelements. Diese konisch zulaufende Oberflä che ermöglicht eine leichte Variation des Druckes (der Spannung), der (die) auf das Keramikheizelement einwirkt, wenn das Metall-Außenzylinderelement un ter Druck in das Befestigungselement hineingepreßt wird. Dadurch wird das Auftreten eines Zerbrechens (Zerspringens) des Keramikheizelements vermie den.

Eine neunte Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich ab von der ersten oder zweiten Glühkerze und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrisches Ele ment vorgesehen ist, das sich an das hinterste Ende des genannten Keramik heizelements innerhalb des genannten Keramikheizelements anschließt, wobei das genannte Metall-Außenzylinderelement an dem genannten Befestigungse lement durch Preßsitz des genannten Metall-Außenzylinderelements in dem genannten Befestigungselement oder durch Anwendung eines Metall- Verformungsprozesses auf das genannte Befestigungselement fixiert ist und die hermetische Abdichtung zwischen den genannten Elementen dadurch ge währleistet wird, daß man die innere Oberfläche des genannten Metall- Außenzylinderelements mit der äußeren Oberfläche des genannten zylindri schen Elementes in Kontakt bringt.

Bei dieser Glühkerze werden die Befestigung des Metall-Außenzylinderele ments an dem Befestigungselement durch plastische Verformung durch den Preßsitz des Metall-Außenzylinderelements in dem Befestigungselement oder durch ein Metall-Verformungs-Verfahren, beispielsweise ein Dichtstemmen des Befestigungselements, und die Aufrechterhaltung der hermetischen Abdich tung zwischen dem zylindrischen Element, das an das Ende des Keramikheize lements angrenzt, und dem Metall-Außenzylinderelement durchgeführt zwi schen dem zylindrischen Element, das an das Ende des Keramikheizelements angrenzt, und dem Metall-Außenzylinderelement. Deshalb ist dann, wenn das Metall-Außenzylinderelement an dem Befestigungselement fixiert ist, das Ke ramikheizelement völlig frei von einer Spannung, die durch den Preßsitz und das Metall-Verformungsverfahren hervorgerufen wird. Die Verhinderung des Zerbrechens (Reißens) des Keramikheizelements und die Aufrechterhaltung der hermetischen Abdichtung sind zuverlässiger gewährleistet.

Eine zehnte Keramikheizungs-Glühkerze leitet sich ab von der ersten oder zweiten Glühkerze und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßpassungs- Element vorgesehen ist, das unter Druck in das Metall-Außenzylinderelement hineingedrückt wird, um daran befestigt zu werden, daß das hintere Ende des genannten Keramikheizelements mit einem Ende des genannten preßsitzen den Elements innerhalb des genannten Metall-Außenzylinderelements, das an dem letzteren fixiert werden soll, in Kontakt gebracht wird, wodurch die herme tische Abdichtung zwischen der äußeren Oberfläche des genannten Keramik heizelements und der inneren Oberfläche des genannten Metall-Außenzylind erelements gewährleistet ist.

Bei dieser Glühkerze erfolgt die Aufrechterhaltung der hermetischen Abdich tung zwischen dem Keramikheizelement und dem Metall-Außenzylinderele ment in einer solchen Weise, daß das Preßsitz-Element in das Metall-Außen zylinderelement unter Druck hineingeschoben wird und mit dem Ende des Ke ramikheizelements in Kontakt gebracht wird. Daher wirkt keine große Span nung auf das Keramikheizelement ein. Somit sind die Verhinderung eines Rei ßens des Keramikheizelements und die Aufrechterhaltung der hermetischen Abdichtung zuverlässiger gewährleistet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Schlüsselabschnitts-Struktur einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Keramikheizungs-Glühkerze zeigt;

Fig. 2A und 2B sind Querschnittsansichten, die eine Modifikation der erfin dungsgemäßen Keramikheizungs-Glühkerze zeigen;

Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht, die eine Gesamtansicht der Keramikhei zungs-Glühkerze und ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Glühkerze zeigt;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Keramikheizelement in der erfin dungsgemäß aufgebauten Keramikheizungs-Glühkerze zeigt;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die der Erläuterung der Dimensionsbeziehungen verwandter Abschnitte der Glühkerze erläutern, wenn das Metall-Außenzy linderelement durch Preßsitz in das Befestigungselement eingeführt wird;

Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das eine Verschiebung (Versetzung), der axialen Linie des Keramikheizelements (Keramikheiz-Einrichtung) in bezug auf die axiale Linie des Befestigungselements erläutert;

Fig. 7A ist eine Längsschnittansicht, die eine Schlüsselabschnitts-Struktur ei ner erfindungsgemäß aufgebauten Keramikheizungs-Glühkerze zeigt;

Fig. 7B ist eine Längsschnittansicht, die den Zustand einer Verschiebung (Versetzung) der Axiallinie einer konventionellen Keramikheizungs-Glühkerze zeigt;

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht, die den Fall erläutert, bei dem der vorste hende Abschnitt der Glühkerze geändert wird;

Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die einen Schlüsselabschnitt einer anderen Aus führungsform einer erfindungsgemäßen Keramikheizungs-Glühkerze zeigt;

Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die einen Schlüsselabschnitt noch einer weite ren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Keramikheizungs-Glühkerze zeigt; und

Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die einen Schlüsselabschnitt noch einer ande ren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Keramikheizungs-Glühkerze zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glüh kerze vom Keramikheizungs-Typ. Eine Glühkerze vom Keramikheizungs-Typ, hier mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 5 kurz beschrieben.

In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 11 ein Keramikheizelement (Kera mikheizeinrichtung), das aus einem isolierenden Keramikkörper besteht, der ein darin eingebettetes Heizelement enthält, wie weiter unten beschrieben; die Bezugsziffer 21 bezeichnet ein Metall-Außenzylinderelement, das in die äuße re Umfangs-Oberfläche des Keramikheizelements 11 durch Preßpassung ein gesetzt wird und durch ein geeignetes Verbindungsverfahren, beispielsweise durch Hartlöten, damit verbunden wird; und die Bezugsziffer 22 bezeichnet ein Befestigungselement (ein rohrförmiges oder zylindrisches Gehäuse), das ein Ende des Metall-Außenzylinderelements 21 festhält und dazu verwendet wird, die Glühkerze 10 vom Keramikheizungs-Typ auf dem Motorkopf zu befestigen.

Das Metall-Außenzylinderelement 21 wird hergestellt aus einem Metallrohr oder einem zylindrischen Element aus rostfreiem Stahl. Das Befestigungsele ment 22 ist vollständig geformt wie ein Rohr oder ein zylindrisches Element aus Automatenstahl, Kohlenstoffstahl (unlegiertem Stahl) oder dgl. Ein mit Gewinde versehener Abschnitt 22a ist in der äußeren Oberfläche des hinteren Endes der Befestigungseinrichtung angeordnet. Der mit Gewinde versehene Abschnitt dient als Mittel zum Einschrauben in ein Befestigungsloch (nicht dar gestellt) eines Zylinderkopfes des Motors.

Die Bezugsziffer 24 bezeichnet eine äußere Anschlußklemme, die das hintere Ende der Befestigungseinrichtung 22 in einem Zustand hält, daß eine Isolier buchse 25 dazwischen eingesetzt werden kann. Eine Anschlußklemme 24a mit der ein Elektrodenausleitungs-Element 18, das mit dem Keramikheizelement 11 elektrisch verbunden ist, ist an dem inneren Ende der äußeren Anschluß klemme 24 befestigt.

Bei der so gestalteten Glühkerze 10 weist die äußere Umfangsoberfläche des Befestigungselements 22 einen Gewindeabschnitt 22a auf zum Einschrauben in ein Befestigungsloch des Zylinderkopfes. Ein Abschnitt des äußeren Um fangsabschnittes des Befestigungselements 22, der herausragt, mit Ausnahme mindestens des weiblichen Gewindeabschnittes 22a, und der ein Blech- Oberflächenabschnitt ist, der bis zur Spitze reicht, wird vorzugsweise einer Hochfrequenzabschreckung als Wärmebehandlung unterzogen.

Der Aufbau und die Funktionen der Glühkerze 10 sind allgemein bekannt und daher werden diese hier nicht näher beschrieben.

Wie in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellt, sind ein Heizelement 13 aus einem an organischen elektrisch leitenden Material oder einem Metallmaterial mit hohem Schmelzpunkt und die Leitungen 14 und 15, die an den ersten Enden mit bei den Enden 13a und 13b des Heizelements 13 verbunden sind und elektrische Ausleitungen aus der Heizeinrichtung darstellen, in ein Keramik-Isolierelement 12 eingebettet, das eine äußere Abdeckung des Keramikheizelements 11 bil det.

Bei dieser Ausführungsform werden das Heizelement 13 und die Leitungen (Anschlüsse) 14 und 15 getrennt hergestellt. Erforderlichenfalls können diese als einheitliche Form hergestellt werden.

Die Anschlußklemme 14b der Leitung 14 liegt in einem Abschnitt der äußeren Umfangsoberfläche des Keramikisolier-Elements 12 frei, das dem hinteren En de derselben näher ist, und ist beispielsweise durch Hartlöten mit dem Metall- Außenzylinderelement 21 elektrisch verbunden. Allgemein wird dieser elektri sche Anschlußteil elektrisch auf die negative Polarität eingestellt. Eine elek trisch leitende Schicht (nicht dargestellt) ist vorzugsweise auf der äußeren Umfangsoberfläche angeordnet (entsprechend der Anschlußklemme 14b) des Keramikisolier-Elements 12. Wenn diese vorgesehen ist, wird der freiliegende Abschnitt der Anschlußklemme 14b mit dem Metall-Außenzylinderelement 21 elektrisch verbunden.

Eine Anschlußklemme 15b der Leitung 15 ist elektrisch verbunden mit dem Elektrodenausleitungs-Element 18 in einem zylindrischen geformten oder gesinteren Keramikelement 17 (hier als zylindrisch geformtew Keramikelement 17 bezeichnet) in einer Position, die etwas nach innen ab dem hintersten Ende des Keramikisolier-Elements 12 angeordnet ist. Im allgemeinen ist dieser elek trische Verbindungsteil elektrisch auf die positive Polarität eingestellt. Das Elektrodenausleitungselement 18 erstreckt sich nach hinten aus dem hinteren Ende des Keramikisolier-Elements 12 heraus.

Das zylindrisch geformte Keramikelement 17 kann einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt haben. Die Anschlußklemme 15b der Leitung 15 wird in ein Längsloch 17a des zylindrisch geformten Keramikelements eingesetzt und in diesem Zustand einer Warmpressung unterworfen. Die Anschlußklem me 18a des Elektrodenausleitungs-Elements 18 wird in die Öffnung des zylin drisch geformten Keramikelements 17 eingesetzt, die nach einer Seite geöffnet ist, und diese werden beispielsweise durch Hartlöten zu einem einheitlichen Stück miteinander verbunden.

Bei dieser Ausführungsform ist der Elektrodenausleitungs-Abschnitt des hinte ren Endes des Keramikheizelements 11 so gestaltet wie in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellt. In dem Keramikheizelement 11 steht das Anschlußende der Lei tung 15 in elektrischer Verbindung mit dem Elektrodenausleitungs-Element 18 in einer Position, die etwas nach innen an dem hintersten Ende des hinteren Endabschnittes des Keramikisolier-Elements 12 angeordnet ist. In diesem Fall wird die elektrische Verbindung in einer Position hergestellt, die getrennt ist von dem hintersten Ende des Keramikisolier-Elements 12 um eine Strecke, die mindestens 5 mal (beispielsweise 5 bis 12 mal) so lang ist wie der Durchmes ser (beispielsweise 3,5 mm) des Keramikisolier-Elements 12, so daß es durch die Wärme aus dem Heizelement 13 wenig beeinflußt wird.

Ein Verfahren zur Herstellung des Keramikheizelements 11, das den Elektro denausleitungs-Abschnitt aufweist, wird nachstehend beschrieben. Das Heize lement 13 und die Leitungen 14 und 15 sind in einen Keramik-Formkörper ein gebettet, der dazu dient, daß Keramikisolier-Element 12 zu bilden. Das Einbet tungs-Verfahren kann irgendeines der konventionellen Verfahren sein, bei spielsweise ein Spritzverfahren, ein uniaxiales Preßverfahren, ein Einspritz formverfahren, ein Gießschlickergießverfahren oder ein Gelgießverfahren. Unter diesen Verfahren ist das uniaxiale Preßverfahren am besten geeignet in bezug auf Produktions-Ausbeute, Formbarkeit und Automatisierung und dgl.

Im einzelnen wird das Kornpulver, dessen Menge die Hälfte derjenigen für das Keramikisolier-Element 12 ist, in eine Form eingefüllt; Fäden beispielsweise aus Wolfram (W) werden auf das Kornpulver gelegt; eine Anschlußklemme 15b einer Leitung 15, die sich bis zum hinteren Ende eines Keramikheizele ments erstreckt, wird teilweise durch ein zylindrisch geformtes Keramikelement (oder ein zylindrisches gesintertes Keramikelement) 17 hindurchgeführt; und die restliche Hälfte des Kornpulvers wird auf das Ganze aufgebracht und ge formt.

In diesem Fall läßt man das andere Ende des Langloches 17a des zylindrisch geformten Keramikelements 17 an dem hintersten Ende nicht freiliegen, so daß die Leitung 15 nicht oxidiert wird. Alles was zu tun ist, besteht darin, daß nach Beendigung eines Warmpressens, wie es weiter unten beschrieben wird, das hinterste Ende des Keramikisolier-Elements 12 abgeschnitten wird und eine Öffnung des Langloches 17a freigelegt wird.

Das so geformte Produkt, das zu dem Keramikisolier-Element 12 wird, wird herausgenommen und in einer Warmpresse gesintert.

Danach wird das Keramikisolier-Element 12 mit dem darin eingebetteten Hei zelement 13 zu einem zylindrischen Element geformt, das ein Ende aufweist, das durch Schleifen kugelförmig gemacht wird. Da das zylindrisch geformte Keramikelement 17 in das hinterste Ende desselben eingebettet wird, wird das Langloch 17a geöffnet. Wenn die Öffnung des Langloches 17a des zylindrisch geformten Keramikelements 17 an dem hinteren Ende nicht freiliegt, so daß die Leitung 15 nicht oxidiert wird, wird das hinterste Ende des Keramikisolier- Elements 12 abgeschnitten, um das Langloch 17a freizulegen.

Ein Elektrodenausleitungselement 18, das aus einem Ni-Draht, einem mit Ni plattierten Fe-Draht, einem rostfreien Stahldraht oder dgl. hergestellt ist, das eine ausgezeichnete Antioxidationsbeständigkeit aufweist, wird in das Lang loch 17a des zylindrisch geformten Keramikelements 17 eingeführt, das an dem hintersten Ende des Keramikisolier-Elements 12 freiliegt. Es wird mit einer Leitung 15 aus Wolfram (W) in Kontakt gebracht, die sich in das Langloch und entlang desselben erstreckt und diese werden durch ein geeignetes Verbin dungsverfahren, beispielsweise durch Silber-Hartlöten, elektrisch miteinander verbunden.

Unter einem Keramikmaterial zur Herstellung des Keramikisolier-Elements 12, bei dem es sich um das Keramikheizelement handelt, ist hier jede Art von an organischem Material zu verstehen. Diese Materialien können sein Aluminiu moxid, Zirkoniumdioxid, Cordierit, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid und einige Kombinationen davon. Unter diesen Materialien sind für die Verwendung ins besondere erwünscht Siliciumnitrid und Siliciumcarbid, da diese Materialien über eine Flüssigphase gesintert werden und eine ausgezeichnete Hochtem peratur-Festigkeit und Schlagfestigkeit aufweisen.

Das zylindrisch geformte Keramikelement (Sinterelement) 17 kann aus dem gleichen Material wie das Keramikisolier-Element 12 oder einem anorgani schen elektrisch leitenden Material oder einem anorganischen Material, das ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt enthält, hergestellt sein. Unter einem anorganischen elektrisch leitenden Material ist hier ein elektrisch leitendes an organisches Material zu verstehen, das mindestens ein Nitrid, Silicid, Carbid und Borid eines Elements der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodischen Sy stems der Elemente enthält. Das ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt enthaltende anorganische Material kann ein Material mit einem Schmelzpunkt von 2000°C oder höher sein, wobei ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt beispielsweise W (Wolfram), Mo (Molybdän), Hf (Hafnium) und Re (Rhenium) ist.

Wenn das zylindrisch geformte Keramikelement 17 wie vorstehend beschrie ben aus dem anorganischen elektrisch leitenden Material oder aus dem anor ganischen Material, das ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt enthält, hergestellt ist, sind die elektrische Verbindung der Leitung 15 und das Elektro denausleitungselement 18 zuverlässig.

Das Heizelement 13 und die Leitungen 15 sind aus dem anorganischen elek trisch leitenden Material oder einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt, wie vorstehend angegeben, hergestellt. Dieses anorganische elektrisch leitende Material ist das gleiche wie das obengenannte und das Material mit dem ho hen Schmelzpunkt ist das obengenannte oder eine Legierung davon.

Die auf diese Weise gestaltete erfindungsgemäße Glühkerze 10 ist dadurch gekennzeichnet, daß, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, das Keramikheizelement 11, während es in bezug auf das Metall-Außenzylinderelement 21 verlängert ist, an der Spitze der Glühkerze 10, d. h. an dem Ende derselben, die einer Verbrennungskammer des Motors (nicht dargestellt) gegenüberliegt, festgehal ten wird, und das hinterste Ende 11a des Keramikheizelements, d. h. des En des desselben, das dem Spitzenabschnitt 11b gegenüberliegt und näher bei dem Befestigungselement 22 angeordnet ist, liegt an einer Stelle, die näher bei dem vorderen Ende desselben gegenüber dem Befestigungselement 22 inner halb des Metall-Außenzylinderelements 21 angeordnet ist.

Bei dieser Ausführungsform wird das Keramikheizelement 11 in die Spitze des Metall-Außenzylinderelements 21 eingeführt und der eingeführte Abschnitt desselben wird beispielsweise durch Silber-Hartlöten hermetisch befestigt. Das hintere Ende des Keramikheizelements 11 wird so angeordnet und befestigt, daß das Keramikheizelement 11 nicht an dem verbindenden Abschnitt des Metall-Außenzylinderelements 21 mit dem Befestigungselement 22 innerhalb des Metall-Außenzylinderelements 21 angeordnet ist.

Das Metall-Außenzylinderelement 21 wird in der Weise hermetisch befestigt, daß es unter Druck in das Befestigungsloch 22b des Befestigungselements 22 an der Spitze desselben eingesetzt wird. Bei diesem Aufbau wird der hintere Endabschnitt des Metall-Außenzylinderelements 21, welches das Keramikhei zelement nicht festhält, in das Befestigungsloch 22b des Befestigungsele ments 22 eingesetzt. Daher wirkt keine übermäßige Spannung (Druck) auf das Keramikheizelement 11 ein zum Zeitpunkt der Einführung des Metall- Außenzylinders unter Druck.

Bei diesem Aufbau ist deshalb das Problem der konventionellen Glühkerze, d. h. des Zerbrechens des Keramikheizelements 11, gelöst. Außerdem kann die Länge des überstehenden Abschnitts des Keramikheizelements 11 ab der Spitze des Befestigungselements 22 vergrößert werden.

Da das Metall-Außenzylinderelement 21, das ein solches Keramikheizelement 11 festhält, unter Druck in das Befestigungselement 22 eingeführt und damit verbunden wird, wird verhindert, daß die Wärme, die bei dem Hartlötverfahren entsteht, den Verbindungsabschnitt durch das Hartlöten zwischen dem Kera mikheizelement 11 und dem Metall-Außenzylinderelement 21 in nachteiliger Weise beeinflußt, obgleich dieses Problem bei der konventionellen Glühkerze wesentlich ist.

Bei diesem Aufbau kann die Länge des Keramikheizelements 11 verkleinert werden. Daher kann der Aufbau der Forderung genügen, daß dann, wenn die Glühkerze 10 verlängert wird, die Länge des Metall-Außenzylinderelements 21 vergrößert werden muß. Mit diesem Merkmal können Glühkerzen unterschied licher Strukturen und Typen leicht in der Weise hergestellt werden, daß die Länge des Keramikheizelements 11 sicher fixiert wird, d. h. diese Elemente werden als gemeinsame Teile verwendet und das Metall-Außenzylinderele ment 21 und das Befestigungselement 22 werden je nach den Anforderungen an die herzustellende Glühkerze selektiv geändert.

Das Elektrodenausleitungselement 18 wird auch aus dem hintersten Ende 11a des Keramikheizelements 11 ausgeleitet. Dieses Merkmal kann den Durch messer des Befestigungselements 22 und des Metall-Außenzylinderelements 21 und damit den Durchmesser der Glühkerze selbst verkleinern.

Wenn das Befestigungselement 22, welches das Keramikheizelement 11 fest hält, in das Befestigungsloch 22b des Befestigungselements 22 unter Druck eingesetzt wird, dient das Metall-Außenzylinderelement 21 selbst als Führung in der vorstehend beschriebenen Struktur. Daher ist eine Kontrolle der Preß sitz-Kraft leicht. Außerdem ist es im Falle der Einführung unter Druck (Preßpassung) leicht, die Konzentrizität dieser Elemente zu gewährleisten, so daß die Konzentrizität der Elemente nach dem Einführen unter Druck verbes sert wird. Wenn die Konzentrizität dieser Elemente aus irgendeinem Grunde verloren geht, ist es verhältnismäßig leicht, die Konzentrizität der Elemente wieder herzustellen.

Bei der vorstehend beschriebenen Struktur ist es erforderlich, daß die Heraus ziehkraft als Festhaltekraft zum Befestigen des Metall-Außenzylinderelements 21 an dem Befestigungselement 22 durch Einsetzen des ersteren in letzteres übereinstimmt mit der Konzentrizität des Keramikheizelements 11 zu dem Be festigungselement 22. Außerdem ist es erforderlich, die Hermetizität (hermetische Abdichtung) zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Be festigungselements 22 und der äußeren Umfangsoberfläche des Metall- Außenzylinderelements 21 sicherzustellen.

Es wurden eine Messung der Herausziehkraft und der Konzentrizität sowie ein Hermetizitätstest durchgeführt unter Variieren der Preßsitzlänge und der Überlappungslänge. Für die Teststücke wurde der Innendurchmesser des Be festigungselements 22 auf 4,5 mm festgelegt und es wurden 5 Metall- Außenzylinderelemente 21 verwendet, deren Außendurchmesser innerhalb eines Bereiches von 0,02 bis 0,1 mm verschieden waren. Es wurden 8 ver schiedene Preßsitzlängen innerhalb eines Bereiches von 5 bis 40 mm verwen det. Diese wurden miteinander kombiniert und getestet. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Beziehung zwischen der Preßsitz-Produktqualität und den Parametern

Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich, beeinflußt die Änderung der Überlappungs länge von 0,02 bis 0,1 mm geringfügig die Herausziehkraft und letztere wird im wesentlichen nur durch die Preßsitzlänge bestimmt.

Die Teststücke, deren Preßsitzlängen innerhalb eines Bereiches von 7,5 bis 30 mm verschieden sind und deren Überlappungslängen innerhalb eines Berei ches von 0,02 bis 0,1 mm verschieden sind, waren alle gut in den Tests in be zug auf die Herausziehkraft, die Konzentrizität und die Hermetizität. Die Test stücke, deren Preßsitzlänge 5 mm betrug, waren alle nicht gut in den Tests in bezug auf die Herausziehkraft und die Konzentrizität und einige von ihnen wa ren nicht gut in dem Hermetizitätstest. Die Teststücke, deren Preßsitzlänge 40 mm betrug, bestanden alle Tests in bezug auf die Herausziehkraft und die Hermetizität, sie versagten jedoch bei dem Konzentrizitätstest. Bei den Test stücken, deren Preßsitzlänge 40 mm betrug, litten die Metall- Außenzylinderelemente an einer Krümmungsverformung.

Der Außendurchmesser des Keramikheizelements 11 der Glühkerze 10 vom Keramikheizungstyp beträgt etwa 3,5 mm ϕ und der Außendurchmesser des Metall-Außenzylinderelements 21 beträgt etwa 4,5 mm ϕ. Deshalb bestand die Glühkerze 10 die Tests in bezug auf die Herausziehkraft, die Konzentrizität und die Hermetizität und sie war frei von einem Verziehen (Verformen). Um eine geeignete Preßsitzkraft aufrechtzuerhalten, ist es erwünscht, daß die Preßsitz länge so gewählt wird, daß sie 7,5 bis 30 mm beträgt.

Die Beziehungen zwischen den Dimensionen der einander zugeordneten Ab schnitte in dere Glühkerze und das Verfahren zur Messung einer Elementver schiebung (Verlust der Element-Konzentrizität), wenn der Preßpassungsar beitsgang durchgeführt wird, sind in den Fig. 5 und 6 in Verbindung mit der Tabelle 1 dargestellt.

Wie gezeigt, wird das Keramikheizelement 11 an der Spitze (dem unteren En de in der Fig. 5) des Metall-Außenzylinderelements 21 festgehalten und diese werden durch Anwendung eines geeigneten Verbindungsverfahrens, bei spielsweise durch Hartlöten, miteinander verbunden. In diesem Zustand wird das Metall-Außenzylinderelement 21 in das Halterungsloch eingesetzt, das in einer Preßsitz-Einspanneinrichtung 30 vorgesehen ist, während es aufrecht steht, und das Befestigungsloch 22b des Befestigungselements 22 paßt in den oberen Abschnitt des Metall-Außenzylinderelements. Es wird ein Druck auf das Befestigungselement 22 ausgeübt, so daß das Befestigungselement 22 unter Druck in das Metall-Außenzylinderelement 21 eingesetzt wird, wodurch beide Elemente dicht miteinander gekoppelt sind.

Wie in Fig. 6 dargestellt, ist die aus einem Stück bestehende Glühkerze 10 durch den Preßsitz auf einer Meß-Einspanneinrichtung 31 angeordnet. Die Position des Keramikheizelements 11 an einer Stelle, die um den Abstand "I" (beispielsweise 50 mm) von der Spitze des Befestigungselements 22 entfernt ist, wird mittels eines Instruments 32 gemessen. Wenn die Messung durchge führt wird, während die Glühkerze 10 sich dreht, kann die Zentrum-Verschie bung der Elemente bestimmt werden.

In dem in Fig. 1 erläuterten Fall wird das Metall-Außenzylinderelement 21 ein fach durch Preßpassung in den Gewindeabschnitt 22a des Befestigungsele ments 22 eingesetzt mit einer vorher festgelegten Überlappungslänge. Die Er findung ist darauf jedoch nicht beschränkt.

Bei einer Abänderung, wie sie in Fig. 2A dargestellt ist, wird ein Führungsloch 41 mit großem Durchmesser an einem Abschnitt des Befestigungsloches 22b des Befestigungselements 22 gebildet, das näher bei dem Preßsitzende des selben angeordnet ist. Bei einer anderen Abänderung, wie sie in Fig. 2B dar gestellt ist, wird ein Führungsabschnitt 42 mit kleinem Durchmesser in einem Abschnitt des Metall-Außenzylinderelements 21 gebildet, der näher bei dem Preßsitzende desselben angeordnet ist. Bei jeder dieser Abänderungen wird dann, wenn das Metall-Außenzylinderelement 21 durch Preßsitz in das Befe stigungsloch 22b des Befestigungselements 22 eingesetzt wird, das Metall- Außenzylinderelement 21 durch das Führungsloch 41 mit großem Durchmes ser oder durch den Führungsabschnitt 42 mit kleinem Durchmesser geführt. Deshalb ist das Einsetzen unter Druck leicht und die erforderliche Konzentrizi tät dieser Elemente ist leicht gewährleistet.

Bei dieser Ausführungsform, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, wird die Leitung 15 elektrisch verbunden mit dem Elektrodenausleitungselement 18 an dem Elektrodenausleitungsabschnitt, der an dem hintren Ende des Kera mikheizelements 11 und innerhalb des Keramikheizelements 11 angeordnet ist, wie in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellt. Außerdem wird ein Ende des Elektro denausleitungselements 18 aus der hinteren Stirnfläche des Keramikheizele ments 11 herausgeführt. Wenn ein solcher Aufbau angewendet wird, kann das hinterste Ende des Keramikheizelements 11 innerhalb des Metall- Außenzylinderelements 21 angeordnet sein, wie vorstehend beschrieben.

Da die in JP-A-19-226 936, eingereicht von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, beschriebene Struktur für den Aufbau des Elektrodenausleitungse lement am hinteren Ende des Keramikheizelements 11 verwendet wird, kann das Keramikheizelement 11 in die Spitze der Metall-Außenzylinderelements 21 eingesetzt und von dieser festgehalten werden. Das Keramikheizelement 11 kann dann so geformt werden, daß es eine Länge hat, die erforderlich ist, um das Keramikheizelement 11 nur an der Spitze des Metall-Außenzylinderele ments 21 zu befestigen, während bei der konventionellen Glühkerze das Ke ramikheizelement 11 festgehalten wird durch Einführen desselben durch das Metall-Außenzylinderelement. Aus diesem Grund kann der vorstehende Ab schnitt des Heizelements ab der Spitze des Befestigungselements 22 verlän gert werden und die Länge des Keramikheizelements 11 kann die Länge des generellen Keramikheizelements haben. Diesbezüglich ist bei der Verwendung eine gute Vielseitigkeit gewährleistet.

Wenn eine solche Struktur verwendet wird, kann das Keramikheizelement 11 angeordnet sein und festgehalten werden nur an der Spitze des Metall-Außen zylinderelements 21. Dementsprechend kann das Keramikheizelement 11 eine geringe Länge haben und kann allgemein für die vorstehenden Abschnitte un terschiedlicher Länge des Heizabschnittes ab der Befestigungseinrichtung 22 verwendet werden. Der Abschnitt des Metall-Außenzylinderelements 21, der das Keramikheizelement 11 des Metall-Außenzylinderelements 21 nicht fest hält, kann durch Preßsitz an dem Metall-Außenzylinderelement 21 fixiert wer den. Außerdem besteht keine Gefahr, daß der Keramikheizelement 11 zer bricht. Ferner sei darauf hingewiesen, daß das Metall-Außenzylinderelement 21 mit dem Befestigungselement 22 verbunden werden kann, während es von diesem festgehalten wird. Die Konzentrizität dieser Elemente ist daher gewähr leistet. In der Glühkerze 10 vom Keramikheizungs-Typ ist daher das Verbinden der Elemente realisiert durch einen praktischen Preßsitz.

Die Konzentrizität der Elemente, die für die vorliegende Erfindung wesentlich ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 7A und 7B beschrieben.

Die Fig. 7A zeigt eine Ausführungsform der Erfindung und die Fig. 7B zeigt eine konventionelle Struktur in bezug auf die Konzentrizität. In den Figuren be zeichnet die Bezugsziffer 51 einen Hartverlötungsteil, in dem das Keramikhei zelement 11 durch Hartverlöten mit dem Metall-Außenzylinderelement 21 ver bunden ist, und die Bezugsziffer 52 bezeichnet einen Abschnitt des Metall- Außenzylinderelements 21, der mit dem Befestigungselement 22 verbunden ist.

Es besteht eine Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Metall- Außenzylinderelements 21 und dem Innendurchmesser des Befestigungsele ments 22. Das heißt, zwischen diesen Elementen ist ein Zwischenraum vor handen, der der Differenz entspricht. Wegen der Anwesenheit des Zwischen raums kann daher das Metall-Außenzylinderelement 21 zu der axialen Rich tung des Befestigungselements 22 hin schräg (geneigt) sein. Es ist daher un möglich, die erforderliche Konzentrizität dieser Elemente zu gewährleisten.

Die in Fig. 7A dargestellte erfindungsgemäße Struktur ist frei von dem Pro blem, das sich aus dem Zwischenraum ergibt, da das Metall-Außenzylinder element 21 unter Druck in dem Befestigungselement 22 sitzt. Es kommt daher niemals vor, daß das Metall-Außenzylinderelement 21 zu der axialen Richtung des Befestigungselements 22 hin schräg (geneigt) ist. Die Konzentrizität dieser Elemente ist daher diesbezüglich verbessert gegenüber der konventionellen Struktur.

Wie aus den Fig. 7A und 8 ersichtlich, kann in der erfindungsgemäßen Glüh kerze die Länge des vorstehenden Abschnitts des Keramikheizelements 11 ab der Spitze des Befestigungselements 22 eingestellt werden durch geeignete Wahl der Verbindungsposition des Keramikheizelements 11 mit dem Metall- Außenzylinderelement 21 und der Preßsitz-Länge und der Preßsitz-Position, wenn das Metall-Außenzylinderelement 21 unter Druck in dem Befestigungse lement 22 sitzt (Preßsitz). Wenn eine solche Struktur angewendet wird, kann der vorstehende Abschnitt des Keramikheizelements je nach Wunsch gewählt werden für eine festgelegte Länge des Keramikheizelements 11. Das Kera mikheizelement 11 kann daher eine geringe Länge haben und es kann allge mein für Glühkerzen 10 unterschiedlicher Strukturen und Typen verwendet werden.

Die Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Aus führungsform ist ein Keramikheizelement 11 in das Metall-Außenzylinder element 21 eingesetzt und durch geeignetes Hartlöten, beispielsweise durch Silber- oder Kupfer-Hartlöten, an letzterem befestigt. Das Metall- Außenzylinderelement 21 sitzt fest in dem Befestigungselement 22 und ist an dem letzteren hermetisch befestigt. Bei dieser Ausführungsform sitzt ersteres im Preßsitz in letzterem, bis das Keramikheizelement 11 innerhalb des Metall- Außenzylinderelements 21 in dem Preßsitz-Abschnitt positioniert ist.

Bei diesem Preßsitz wird das Metall-Außenzylinderelement 21 verformt, um die innere Umfangsoberfläche des Metall-Außenzylinderelements 21 in engen Kontakt zu bringen mit der äußeren Umfangsoberfläche des Keramikheizele ments 11. Als Folge davon ist eine Hermetizität (hermetische Abdichtung) zwi schen der inneren Umfangsoberfläche des Metall-Außenzylinderelements 21 und der äußeren Umfangsberfläche des Keramikheizelements 11 gewährlei stet. Die Hermetizität ist auch gewährleistet zwischen der äußeren Umfangs oberfläche des Metall-Außenzylinderelements 21 und der innere Umfangs oberfläche des Befestigungselements 22.

Der innere Umfangsrand der Öffnung der Spitze des Befestigungsloches 22b des Befestigungselements 22, der äußere Umfangsrand des Endes des Preßsitz-Abschnittes (hinteres Ende) des Metall-Außenzylinderelements 21 und der äußere Umfangsrand des hinteren Endes des Keramikheizelements 11 sind konisch, so daß sie konische Oberflächen 61, 62 und 63 haben. Wenn dies der Fall ist, wird dann, wenn das Metall-Außenzylinderelement 21, in dem das Keramikheizelement 11 angeordnet ist, unter Druck in das Befestigungs loch 22b des Befestigungselements 22 eingeführt wird, das Metall- Außenzylinderelement 21 geringfügig verformt und daher wirken keine über mäßig hohen Kräfte auf das Keramikheizelement 11 ein.

Ferner kommt es niemals vor, daß das Keramikheizelement 11 zerbricht. Wie vorstehend beschrieben, ist die Hermetizität an den jeweiligen Abschnitten durch den Preßsitz gewährleistet. Daher ist beim Hartlöten des Metall- Außenzylinderelements 21 an das Keramikheizelement 11 keine Hermetizität erforderlich. Das Hartlöten ist daher leicht.

Die Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Keramikheizelement 11 in ein Metall-Außenzy linderelement 21 eingesetzt und an letzterem durch Anwendung eines geeigne ten Befestigungsverfahrens, beispielsweise durch Silber-Hartlöten, zuverlässig fixiert. Ein zylindrisches Element 70, das gegen Wärme und leichtes Verbiegen beständig ist, ist so angeordnet, daß es an die hintere Stirnfläche des Kera mikheizelements 11 angrenzt.

Das Metall-Außenzylinderelement 21 wird unter Druck in das Befestigungse lement eingeführt, bis es eine Preßsitz-Position des zylindrischen Elements 70 erreicht hat. Das Öffnen des Befestigungsloches 22b des Befestigungsele ments 22 und das äußere Umfangsende des zylindrischen Elements 70 sind konisch, so daß sie konische Oberflächen 61 und 71 aufweisen.

Auch bei einer solchen Struktur wirken keine übermäßig hohen Kräfte auf das Keramikheizelement 11 ein und die erforderliche Hermetizität ist in den je weiligen Abschnitten gewährleistet wie bei er vorstehend beschriebenen Aus führungsform. Die hergestellte Glühkerze 10 ist frei von einem Bruch des Ke ramikheizelements 11.

Bei dieser Ausführungsform wird das Metall-Außenzylinderelement 21 ver formt, wenn es unter Druck in das Befestigungselement 22 eingeführt wird, so daß die äußere Umfangsoberfläche des Metall-Außenzylinderelements 21 in engen Kontakt gebracht wird mit der äußeren Umfangsoberfläche des zylindri schen Elements 70. Daher ist die Hermetizität dazwischen gewährleistet und die Hermetizität ist auch gewährleistet zwischen der äußeren Umfangsoberflä che des Metall-Außenzylinderelements 21 und der inneren Umfangsoberfläche des Befestigungselements 22.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Metall-Außenzy linderelement 21 durch Preßsitz mit dem Befestigungselement 22 verbunden. Alternativ wird das Metall-Außenzylinderelement 21 in das Befestigungsloch 22b des Befestigungselements 22 eingeführt und der Einsatzteil des Befesti gungselements 22 in dem Metall-Außenzylinderelement 21 wird einem Metall verformungs-Verfahren, beispielsweise einem Verstemmen, unterworfen, wo durch das Metall-Außenzylinderelement 21 an dem Befestigungselement 22 zuverlässig fixiert wird und die Hermetizität zwischen dem Metall-Außenzylin derelement 21 und dem Befestigungselement 22 sichergestellt ist. Der Preßsitz und das Metallverformungs-Verfahren können miteinander kombiniert werden, um das Metall-Außenzylinderelement 21 an dem Befestigungselement 22 zu verlässig zu fixieren und die Hermetizität in den jeweiligen Abschnitten zu ge währleisten.

Die Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein Preßsitz-Element 72 in ein Metall-Außenzylin derelement 21 eingeführt, bis es eine vorgegebene Position darin erreicht hat. Dann wird ein Keramikheizelement 11 in das Metall-Außenzylinderelement 21 eingeführt, um die konische Oberfläche 72b des hineren Endes des Keramik heizelements 11 mit der konischen Oberfläche 72a in Kontakt gebracht (der Konuswinkel derselben ist gleich demjenigen der zuerst genannten konischen Oberfläche) des Preßsitz-Elements 72 bei einer vorgegebenen Kraft. Gleich zeitig wird das Metall-Außenzylinderelement 21 mit dem Keramikheizelement 11 verlötet.

Danach wird das Metall-Außenzylinderelement 21 unter Druck in das Befesti gungselement 22 eingeführt. Durch den Preßsitz wird das Metall-Außenzylin derelement 21 zuverlässig an dem Befestigungselement 22 fixiert, während gleichzeitig eine Hermetizität erzielt wird zwischen dem Metall-Außenzylinder element 21 und dem Befestigungselement 22. Die Hermetizität wird aufrecht erhalten und die Elemente werden durch eine Preßsitz-Oberfläche zwischen dem Preßsitz-Element 72 und dem äußeren zylindrischen Element 21 und der konischen Oberfläche 72b des Preßsitz-Elements 72 und dem Keramikheize lement 11 festgehalten.

Auch bei dieser Ausführungsform kann wie in dem vorstehenden Fall der Preßsitz ersetzt werden durch ein Metallverformungs-Verfahren, beispielsweise ein Verstemmen, um das Metall-Außenzylinderelement 21 und das Befesti gungselement 22 aneinander zu befestigen und eine hermetische Abdichtung dazwischen zu erzielen. Zu dem gleichen Zweck kann stattdessen auch eine Kombination von Preßsitz- und Metallverformungs-Verfahren angewendet wer den.

Bei einem solchen Aufbau ist die Funktion, eine Hermetizität zu gewährleisten, für den Verbindungsabschnitt zwischen dem Keramikheizelement 11 und dem Metall-Außenzylinderelement 21 nicht erforderlich, die erzielt wird durch ein geeignetes Verbindungsverfahren, beispielsweise ein Verlöten. Deshalb kann ein Kupferverlöten, ein Ti-Verlöten oder dgl., deren Anwendung bei dem kon ventionellen Verfahren schwierig ist, zum Verbinden derselben angewendet werden. Es können daher verschiedene Verbindungsverfahren, die eine me chanische Verbindung unter Hochtemperatur-Bedingungen ergeben, ange wendet werden. Außerdem kann ein Verbindungsverfahren, wie z. B. eine Schrumpfpassung, angewendet werden. Es ist klar, daß die vorliegende Erfin dung auf die vorstehend beschriebenen Konstruktionen und Strukturen nicht beschränkt ist, sondern daß die Gestalten und Strukturen der jeweiligen Teile und Abschnitte vielfältig modifiziert, verändert und geändert werden können innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform haben das Keramikheize lement, das Metall-Außenzylinderelement 21, das Befestigungsloch 22b des Befestigungselements 22 einen kreisförmigen Querschnitt. Erforderlichenfalls kann der Querschnitt jedes dieser Elemente elliptisch oder rechteckig sein.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird eine Preßpassung angewendet zum Verbinden des Metall-Außenzylinderelements 21, welches das Keramikheizelement 11 darin festhält, mit dem Befestigungselement 22. Die Preßpassung (der Preßsitz) kann jedoch ersetzt werden durch ein Metall verformungs-Verfahren, beispielsweise ein Verstemmen, oder eine Kombinati on von Preßpassung und Metallverformungs-Verfahren.

Die konisch zulaufenden Oberflächen sind an geeigneten Stellen des Kera mikheizelements 11, des Metall-Außenzylinderelements 21 und des Befesti gungselements 22 bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vor gesehen. Die Multirandabschnitte dieser Elemente können abgeschrägt sein wie R oder C.

Beispiele

Um die nützlichen Effekte der erfindungsgemäßen Strukturen zu bestätigen, wurden Versuche über die Preßpassung (den Preßsitz) durchgeführt zusätzlich zu den Tests, deren Ergebnisse in der Tabelle 1 angegeben sind. Die Ergeb nisse dieser zusätzlichen Versuche werden nachstehend beschrieben.

Bestätigungsversuch 1

90 Gew.-% Si₃N₄, 5 Gew.-% Al₂O₃ und 5 Gew.-% Y₂O₃ wurden in Ethanol mit einander gemischt, so daß 40 Gew.-% Feststoff-Bestandteile erhalten wurden. Der resultierenden Mischung wurde Bindemittel zugegeben. In diesem Zustand wurde sie in einer Schale aus Siliciumnitrid und einem Behälter aus Siliciumni trid 24 h lang gemischt bzw. gepulvert und durch einen Sprühtrockner getrock net. Als Folge davon erhielt man ein Kornpulver mit einer Teilchengrößen von etwa 100 µm.

Ein Heizelement 13 wurde in dem Kornpulver angeordnet und durch eine Warmpresse geformt. Nach dem Entfetten wurde es 1 h lang in der Warm presse von 1800°C gehalten, um gesintert zu werden, und es wurde durch Schleifen mit einer zylindrischen Form bearbeitet, wobei man ein Keramikhei zelement 11 mit einem Durchmesser von 3,5 mm ϕ und einer Länge von 40 mm erhielt.

Das Keramikheizelement 11 war teilweise Ni-plattiert und mit einem Metall- Außenzylinderelement 21 (mit einem Außendurchmesser von 4,5 mm) zu einer einheitlichen Form oder zu einer Keramikheizanordnung verlötet.

Die Keramikheizanordnung wurde unter Druck in ein Befestigungselement 22 mit einem Innendurchmesser von 4,47 mm ϕ unter der Bedingung eingeführt, daß die Preßsitzlänge 15 mm betrug, wodurch diese Elemente miteinander gekoppelt wurden.

Die so hergestellte Glühkerze vom Keramikheizungs-Typ wurde einem Herme tizitätstest unterworfen. In dem Test wurde die Glühkerze unter einem Druck von 6 kg/cm² in Wasser eingeführt und es wurden keine Blasen festgestellt. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Preßsitz-Kraft 130 kgf und die Herausziehkraft (die Kraft, die erforderlich war, um das Keramikheizelement 11 in einer Richtung entgegengesetzt zur Preßpassungsrichtung) herauszuziehen, betrug 134 kgf. Die Konzentrizität betrug zu diesem Zeitpunkt 0,02.

Zum Vergleich wurden diese Elemente durch Hartlöten wie bei dem konventio nellen Verbindungsverfahren miteinander verbunden. In diesem Fall betrug die Herauszieh-Kraft 140 kgf und die Konzentrizität betrug 0,15. Es wurde bestä tigt, daß diese Zahlen größer waren als die entsprechenden Zahlen des Preßsitz-Verfahrens.

Bestätigungsversuch 2

Das Befestigungsloch 22b des Befestigungselements 22 wurde bearbeitet, so daß es stufenförmig war, um eine Führungsfunktion bei der Preßpassung aus zuüben. Mit dieser Struktur wurde die Konzentrizität zum Zeitpunkt der Preß passung weiter verbessert. Es wurde bestätigt, daß für eine Preßsitzlänge, die gleich derjenigen in dem Test 1 war, die Konzentrizität von 0,02 auf 0,01 ver bessert wurde.

Wenn eine solche Struktur angewendet wird, haftet eine geringere Menge Zink an dem Preßsitzabschnitt des Befestigungsloches 22b des Befestigungsele ments 22 beim Elektrogalvanisieren des Befestigungselements 22. Als Folge davon wird die Verarbeitbarkeit zu einem qualitativ hochwertigen Preßsitz- Produkt verbessert.

Bestätigungsversuch 3

Um die nützlichen Effekte zu bestätigen, die durch die erfindungsgemäße Struktur erzielt werden, wurden vergleichende Preßsitz-Versuche durchgeführt, indem die erfindungsgemäße Struktur und die konventionelle Struktur, die bei de die gleichen Dimensionen hatte, untersucht wurden.

In den Versuchen betrug der Außendurchmesser des Metall-Außenzylinder elements 21 4,5 mm ϕ und der Innendurchmesser des Befestigungselements 22 betrug 4,47 mm ϕ und die Preßsitzlänge betrug 15 mm.

In den Versuchsergebnissen betrug die Preßsitzkraft bei der erfindungsgemä ßen Struktur 135 kgf und bei der konventionellen Struktur 150 kgf und es lag, wie daraus ersichtlich, nur ein geringer Unterschied zwischen beiden Zahlen werten vor. Die Herausziehkraft der erstgenannten Struktur betrug 141 kgf und diejenige der zuletzt genannten Struktur betrug 153 kgf.

Sowohl bei einem Hermetizitätstest als auch bei Röntgentransmissions-Un tersuchungen wurden keine Probleme festgestellt. Bei einer Cut-Inspektion wurde festgestellt, daß das Keramikheizelement 1 im Falle der konventionellen Struktur zerbrochen war.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, ergibt eine erfindungs gemäße Glühkerze vom Keramikheizungs-Typ die folgenden vorteilhaften Ef fekte: ein Keramikheizelement wird nur in einen Teil eines Metall-Außenzylin derelements eingesetzt. Daher ist es bei einer Gestaltung mit einer Verlänge rung der Spitze der Glühkerze möglich, ein kurzes Keramikheizelement zu verwenden. Dies führt zu einer Kostenverminderung der Glühkerze. Wenn ein kurzes Keramikheizelement verwendet und in Glühkerzen unterschiedlicher Länge eingesetzt wird, so besteht das, was ein Designer zu tun hat, darin, die Länge des Keramikheizelements festzulegen und nur die Länge des Außenzy linderelements wird geändert. Dieses Merkmal ist sehr wirtschaftlich.

Erfindungsgemäß wird das Metall-Außenzylinderelement unter Druck in das Befestigungselement eingesetzt, wodurch ersteres an letzterem hermetisch befestigt wird. Es ist daher weniger Sorgfalt erforderlich bezüglich des nachtei ligen Effekts durch die Wärme bei der Wärmebehandlung des Befestigungse lements und beim Hartlöten zum Verbinden des Keramikheizelements mit dem Außenzylinderelement. Dies bringt eine Produktivitäts-Verbesserung mit sich. Bei den erfindungsgemäßen Strukturen wird somit das Hartlöten zwischen dem Außenzylinderelement und dem Befestigungselement entbehrlich. Dieses Merkmal kommt hinzu zu den Vorteilen der Produktivitäts-Verbesserung und der Kostenverminderung.

Da die Konzentrizität des Keramikheizelements in bezug auf das Befestigung selement verbessert wird, können die Durchmesserverkleinerung des Heizteils in der Glühkerze und ihre Verlängerung leicht vorgenommen werden.

Erfindungsgemäß wird die Hermetizität (die hermetische Abdichtung) zwischen dem Keramikheizelement und dem Metall-Außenzylinderelement gewährleistet durch Einführen des Keramikheizelements unter Druck in das Metall-Außenzy linderelement. Es ist daher nicht erforderlich, das Keramikheizelement mit dem Metall-Außenzylinderelement zu verlöten. Alles was für eine hermetische Ab dichtung und Befestigung dieser Elemente getan werden muß, besteht darin, daß lediglich das eine in das andere unter Druck hineingesteckt werden muß. Die Produktivität wird dadurch verbessert. Während bei der konventionellen Glühkerze diese mit dem Keramikheizelement Silber-verlötet werden muß, um eine hermetische Abdichtung gegenüber dem Motor-Zylinder zu erzielen, ist bei der erfindungsgemäßen Glühkerze eine Silber-Verlötung nicht erforderlich und dadurch wird eine Kosten-Reduktion erzielt.

Bei der erfindungsgemäßen Keramikheizungs-Glühkerze kann der Preßpas sungsvorgang gefahrlos durchgeführt werden. Beim Einbau in das Befesti gungselement 22 ist die Konzentrizität deutlich verbessert. Wenn eine Struktur verwendet wird, in welcher der überstehende Teil verlängert wird, der das Be festigungselement bildet, besteht nicht die Gefahr, daß das Keramikheizele ment zerbricht als Folge einer Wechselwirkung zwischen demselben und dem Motor-Zylinderkopf.

Die erfindungsgemäße Glühkerze kann daher für einen Dieselmotor vom Direk teinspritzungs-Mehrventil-Typ verwendet werden. Dadurch ist es leicht, Ab gasmaßnahmen durchzuführen.

Claims

1. Keramikheizungs-Glühkerze, die umfaßt:
ein Keramikheizelement, das ein Heizelement aus einem anorganischen elek trisch leitenden Material oder einem Metallmaterial mit einem hohen Schmelz punkt umfaßt, wobei das Heizelement in das Keramikheizelement eingebettet ist;
ein Metall-Außenzylinderelement zum Festhalten des Keramikheizelements; und
ein Befestigungselement zum Festhalten des Metall-Außenzylinderelements,
wobei das hinterste Ende des Keramikheizelements, das näher bei dem Be festigungselement angeordnet ist, innerhalb des Metall-Außenzylinderelements positioniert ist.

2. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 1, die außerdem umfaßt ein Elektroden-Ausleitungselement, das mit einem Ende des Keramikheizele ments elektrisch verbunden ist, wobei ein Ende des Elektrodenausleit-Elements mit dem einen Ende des Ke ramikheizelements verbunden ist und das andere Ende des Elektrodenauslei tungs-Elements über die hintere Stirnfläche des Keramikheizelements heraus ragt.

3. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein äuße rer Umfangsabschnitt des hinteren Endes des Metall-Außenzylinderelements, das sich außerhalb eines Abschnitts befindet, in dem das Keramikheizelement angeordnet ist, unter Druck in ein Befestigungsloch des Befestigungselements eingesetzt wird.

4. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 3, in der eine Führung für den Preßsitz in dem äußeren Umfangsabschnitt des hinteren Endes des Me tall-Außenzylinderelements oder ein Befestigungsloch des Befestigungsele ments vorgesehen ist.

5. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 3, in der die Preßsitzlänge des Metall-Außenzylinderelements in dem Befestigungselement mindestens zwei- bis zehnmal so lang ist wie der Durchmesser des Keramikheizelements.

6. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Her metizität zwischen einer äußeren Oberfläche des Keramikheizelements und einer inneren Oberfläche des Metall-Außenzylinderelements durch Verformung des Metall-Außenzylinderelements, die auftritt, wenn das Metall-Außenzylinder element unter Druck in das Befestigungselement eingesetzt wird, gewährleistet ist.

7. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 6, bei der das hintere Ende des Keramikheizelements innerhalb des Metall-Außenzylinderelements und an einer Stelle positioniert ist, die einer Preßsitz-Position entspricht, in der das Metall-Außenzylinderelement unter Druck in das Befestigungsloch des Befesti gungselements eingeführt wird; und die Hermetizität an dieser Stelle gewährleistet ist durch das Inkontaktbringen der inneren Oberfläche des Metall-Außenzylinderelements, das in der Preßsitz- Position angeordnet ist, mit der äußeren Oberfläche des Keramikheizelements.

8. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 7, in der eine konische Oberfläche ausgebildet ist mindestens an einer Öffnung des Befestigungslo ches des Befestigungselements und/oder an einer äußeren Oberfläche des hintersten Endes des Keramikheizelements.

9. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, in der ein zylindri sches Element vorgesehen ist, das an das hinterste Ende des Keramikheize lements innerhalb des Keramikheizelements angrenzt;
das Metall-Außenzylinderelement an dem Befestigungselement befestigt wird durch Einführen unter Druck des Metall-Außenzylinderelements in das Befesti gungselement oder durch Anwendung eines Metall-Verformungs-Verfahrens auf das Befestigungselement; und
Die Hermetizität dazwischen gewährleistet wird, indem man die innere Oberflä che des Metall-Außenzylinderelements mit der äußeren Oberfläche des zylin drischen Elements in Kontakt bringt.

10. Keramikheizungs-Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, die außerdem umfaßt ein Preßpassungs-Element, das unter Druck in das Metall- Außenzylinderelement eingeführt und daran befestigt wird, wobei das hintere Ende des Keramikheizelements mit einem Ende des Preßpassungs-Elements innerhalb des Metall-Außenzylinderelements in Kontakt gebracht und daran befestigt wird, wodurch die Hermetizität zwischen der äußeren Oberfläche des Keramikheizelements und der inneren Oberfläche des Metall- Außenzylinderelements sichergestellt wird.